Zakladatel vlnov? teorie sv?tla. Dal?? utv??en? a zdokonalov?n? teorie. Detailn? anal?za luminiscence

Posledn? hledisko na povahu sv?tla se pozd?ji, v 17. stolet?, zformovalo v korpuskul?rn? teorii sv?tla, podle n?? je sv?tlo proudem n?jak?ch ??stic emitovan?ch sv?t?c?m t?lesem.

T?et? ?hel pohledu na povahu sv?tla vyj?d?il Aristoteles. Sv?tlo pova?oval za akci nebo pohyb ????c? se v prostoru (v m?diu). M?lokdo sd?lel n?zor Aristotela v jeho dob?. Ale pozd?ji, znovu v 17. stolet?, byl jeho pohled rozvinut a polo?il z?klad vlnov? teorii sv?tla.

Do poloviny 17. stolet? se nashrom??dila fakta, kter? posunula v?deck? my?len? za hranice geometrick? optiky. Jedn?m z prvn?ch v?dc?, kte?? prosadili v?deck? my?len? k teorii vlnov? podstaty sv?tla, byl ?esk? v?dec Marci. Jeho pr?ce je zn?m? nejen v oblasti optiky, ale tak? v oblasti mechaniky a dokonce i medic?ny. V roce 1648 objevil fenom?n rozptylu sv?tla.

V 17. stol V souvislosti s rozvojem optiky za?ala st?le v?t?? z?jem vzbuzovat ot?zka povahy sv?tla. Z?rove? se postupn? formuj? dv? protikladn? teorie sv?tla: korpuskul?rn? a vlnov?. Pro rozvoj korpuskul?rn? teorie sv?tla existovala p??zniv?j?? p?da. Pro geometrickou optiku byla my?lenka, ?e sv?tlo je proud speci?ln?ch ??stic, zcela p?irozen?. Z hlediska t?to teorie bylo dob?e vysv?tleno p??mo?ar? ???en? sv?tla a tak? z?kony odrazu a lomu.

Obecn? my?lenka struktury hmoty tak? nebyla v rozporu s korpuskul?rn? teori? sv?tla. V t? dob? byly n?zory na strukturu hmoty zalo?eny na atomistice. V?echna t?la se skl?daj? z atom?. Mezi atomy je pr?zdn? prostor. Zejm?na se pak v??ilo, ?e meziplanet?rn? prostor je pr?zdn?. Pr?v? v n? se sv?tlo z nebesk?ch t?les ???? v podob? proud? sv?teln?ch ??stic. Proto je zcela p?irozen?, ?e v XVII. bylo mnoho fyzik?, kte?? se dr?eli korpuskul?rn? teorie sv?tla. Z?rove? se za?al rozv?jet koncept vlnov? podstaty sv?tla. Descarta lze pova?ovat za zakladatele vlnov? teorie sv?tla.

Jednota korpuskul?rn?ch a vlnov?ch vlastnost? elektromagnetick?ho z??en?

Jevy uva?ovan? v t?to ??sti - z??en? ?ern?ho t?lesa, fotoelektrick? jev, Compton?v jev - slou?? jako d?kaz kvantov?ch (korpuskul?rn?ch) p?edstav o sv?tle jako proudu foton?. Na druh? stran? jevy jako interference, difrakce a polarizace sv?tla p?esv?d?iv? potvrzuj? vlnovou (elektromagnetickou) povahu sv?tla. Kone?n?, tlak a lom sv?tla jsou vysv?tleny jak vlnovou, tak kvantovou teori?. Elektromagnetick? z??en? tedy odhaluje ??asnou jednotu zd?nliv? vz?jemn? se vylu?uj?c?ch vlastnost? – spojit? (vlny) a diskr?tn? (fotony), kter? se vz?jemn? dopl?uj?.

Podrobn?j?? ?vaha o optick?ch jevech vede k z?v?ru, ?e vlastnosti kontinuity, charakteristick? pro elektromagnetick? pole sv?teln? vlny, by nem?ly b?t v rozporu s vlastnostmi diskr?tnosti, charakteristick? pro foton. Sv?tlo, kter? m? jak korpuskul?rn?, tak vlnov? vlastnosti, odhaluje ur?it? z?konitosti v jejich projevu. Vlnov? vlastnosti sv?tla se tedy projevuj? v z?konech jeho ???en?, interference, difrakce, polarizace a korpuskul?rn?ch vlastnost? – v procesech interakce sv?tla s hmotou. ??m del?? vlnov? d?lka, t?m ni??? je energie a hybnost fotonu a t?m obt??n?j?? je detekovat kvantov? vlastnosti sv?tla (s t?m souvis? nap?. existence ?erven?ho okraje fotoelektrick?ho jevu). Naopak, ??m krat?? je vlnov? d?lka, t?m v?t?? je energie a hybnost fotonu a t?m obt??n?j?? je detekovat vlnov? vlastnosti (nap?. vlnov? vlastnosti (difrakce) rentgenov?ho z??en? byly objeveny a? po pou?it? krystal? jako difrak?n? m???ka).

Vztah mezi du?ln?mi korpuskul?rn?mi vlnov?mi vlastnostmi sv?tla lze vysv?tlit, pokud se pou?ije statistick? p??stup, jak to d?l? kvantov? optika, pro zv??en? z?kon?, jimi? se ??d? uva?ov?n? sv?tla. Nap??klad difrakce sv?tla ?t?rbinou spo??v? v tom, ?e p?i pr?chodu sv?tla ?t?rbinou doch?z? k redistribuci foton? v prostoru. Proto?e pravd?podobnost dopadu foton? na r?zn? body st?n?tka nen? stejn?, vznik? difrak?n? obrazec. Osv?tlen? obrazovky je ?m?rn? pravd?podobnosti zasa?en? foton? na jednotku plochy obrazovky. Na druhou stranu, podle vlnov? teorie je osv?tlen? ?m?rn? druh? mocnin? amplitudy sv?teln? vlny ve stejn?m bod? na obrazovce. Tud?? druh? mocnina amplitudy sv?teln? vlny v dan?m bod? prostoru je m?rou pravd?podobnosti, ?e fotony tento bod zas?hnou.

Vlnov? vlastnosti sv?tla

Disperze

Newton se obr?til ke studiu barev pozorovan?ch lomem sv?tla v souvislosti s pokusy o vylep?en? dalekohled?. Ve snaze z?skat co nejlep?? ?o?ky se Newton p?esv?d?il, ?e hlavn? nev?hodou obr?zk? je p??tomnost barevn?ch okraj?. P?i zkoum?n? refrak?n?ho zbarven? u?inil Newton sv? nejv?t?? optick? objevy.

Podstatu Newtonov?ch objev? vysv?tluj? n?sleduj?c? experimenty: sv?tlo z lucerny osv?tluje ?zk? otvor S (?t?rbina). S ?o?kou L se obraz ?t?rbiny z?sk? na st?n?tku MN ve form? kr?tk?ho b?l?ho obd?ln?ku S`. Polo?en?m hranolu P na dr?hu, jej?? hrana je rovnob??n? se ?t?rbinou, zjist?me, ?e se obraz ?t?rbiny posune a zm?n? se v barevn? prou?ek, p?i?em? barevn? p?echody od ?erven? k fialov? jsou podobn? pozorovan?m v duze. Tento duhov? obraz Newton nazval spektrum.

Pokud ?t?rbinu zakryjete barevn?m sklem, tedy nasm?rujete-li ji na hranol m?sto b?l?ho sv?tla, obraz ?t?rbiny se zmen?? na barevn? obd?ln?k um?st?n? na odpov?daj?c?m m?st? spektra, tedy v z?vislosti na barv?, sv?tlo se bude odchylovat v r?zn?ch ?hlech od p?vodn?ho obr?zku S`. Popsan? pozorov?n? ukazuje, ?e paprsky r?zn?ch barev se hranolem r?zn? l?mou.

Newton ov??il tento d?le?it? z?v?r mnoha experimenty. Nejd?le?it?j?? z nich spo??valo ve stanoven? indexu lomu paprsk? r?zn?ch barev extrahovan?ch ze spektra. Za t?mto ??elem byl do s?ta MN vy??znut otvor, na kter?m se z?sk? spektrum; posouv?n?m obrazovky bylo mo?n? otvorem vypustit ?zk? paprsek paprsk? t? ?i on? barvy. Tento zp?sob zv?razn?n? homogenn?ch paprsk? je dokonalej?? ne? zv?razn?n? barevn?m sklem. Pokusy uk?zaly, ?e takto zvolen? paprsek, lomen? ve druh?m hranolu, ji? p?s nenatahuje. Takov? paprsek odpov?d? ur?it?mu indexu lomu, jeho? hodnota z?vis? na barv? zvolen?ho paprsku.

Popsan? experimenty ukazuj?, ?e pro ?zk? barevn? paprsek izolovan? ze spektra m? index lomu p?esn? definovanou hodnotu, zat?mco lom b?l?ho sv?tla lze p?ibli?n? charakterizovat pouze jedinou hodnotou tohoto indexu. Porovn?n?m podobn?ch pozorov?n? Newton dosp?l k z?v?ru, ?e existuj? jednoduch? barvy, kter? se p?i pr?chodu hranolem nerozkl?daj?, a slo?it? barvy, kter? p?edstavuj? soubor jednoduch?ch barev, kter? maj? r?zn? indexy lomu. Zejm?na slune?n? sv?tlo je takov? kombinace barev, kter? se pomoc? hranolu rozlo?? a vznikne spektr?ln? obraz ?t?rbiny.

Newtonovy hlavn? experimenty tedy obsahovaly dva d?le?it? objevy:

Sv?tlo r?zn?ch barev je charakterizov?no r?zn?mi indexy lomu v dan? l?tce (disperze);

B?l? je kolekce jednoduch?ch barev.

Nyn? v?me, ?e r?zn? barvy odpov?daj? r?zn?m vlnov?m d?lk?m sv?tla. Proto lze prvn? Newton?v objev formulovat n?sledovn?: index lomu hmoty z?vis? na vlnov? d?lce sv?tla. Obvykle se zvy?uje se sni?uj?c? se vlnovou d?lkou.

Difrakce

Sv?teln? vlna p?i ???en? v homogenn?m prost?ed? nem?n? geometrick? tvar ?ela. Pokud se v?ak ???en? sv?tla prov?d? v nehomogenn?m prost?ed?, ve kter?m jsou nap?. nepr?hledn? st?n?tka, oblasti prostoru s pom?rn? prudkou zm?nou indexu lomu atd., pak doch?z? ke zkreslen? ?ela vlny. pozorov?no. V tomto p??pad? je intenzita sv?teln? vlny p?erozd?lena v prostoru. P?i nasv?cen? nap?. nepr?hledn?ch obrazovek bodov?m zdrojem sv?tla na hran? st?nu, kde m?lo podle z?kon? geometrick? optiky doj?t k prudk?mu p?echodu ze st?nu do sv?tla, se objev? ?ada tmav?ch a sv?tl?ch p?s?. jsou pozorov?ny a ??st sv?tla pronik? do oblasti geometrick?ho st?nu. Tyto jevy souvis? s difrakc? sv?tla.

Difrakce sv?tla v u???m smyslu je tedy jev oh?b?n? sv?tla kolem obrysu nepr?hledn?ch t?les a dopad sv?tla do oblasti geometrick?ho st?nu; v ?irok?m slova smyslu - jak?koli odchylka v ???en? sv?tla od z?kon? geometrick? optiky.

Sommerfeldova definice: Pod difrakc? sv?tla se rozum? jak?koliv odchylka od p??mo?ar?ho ???en?, pokud ji nelze vysv?tlit jako v?sledek odrazu, lomu nebo ohybu sv?teln?ch paprsk? v prost?ed? s plynule se m?n?c?m indexem lomu.

Pokud m?dium obsahuje nejmen?? ??stice (mlhu), nebo se index lomu v?razn? m?n? ve vzd?lenostech ??dov? vlnov? d?lky, pak se v t?chto p??padech hovo?? o rozptylu sv?tla a term?n "difrakce" se nepou??v?.

Existuj? dva typy difrakce sv?tla. P?i studiu difrak?n?ho obrazce v pozorovac?m bod? um?st?n?m v kone?n? vzd?lenosti od p?ek??ky se zab?v?me Fresnelovou difrakc?. Pokud jsou pozorovac? bod a zdroj sv?tla um?st?ny tak daleko od p?ek??ky, ?e paprsky dopadaj?c? na p?ek??ku a paprsky sm??uj?c? k pozorovac?mu bodu lze pova?ovat za rovnob??n? paprsky, pak se hovo?? o difrakci v rovnob??n?ch paprsc?ch - Fraunhoferov? difrakci.

Teorie difrakce uva?uje vlnov? procesy v p??padech, kdy jsou v cest? ???en? vln n?jak? p?ek??ky.

Pomoc? teorie difrakce ?e?? takov? probl?my, jako je ochrana proti hluku pomoc? akustick?ch clon, ???en? r?diov?ch vln po povrchu Zem?, provoz optick?ch p??stroj? (proto?e obraz dan? ?o?kou je v?dy difrak?n? obrazec), m??en? kvality povrchu , studium struktury hmoty a mnoho dal??ch. .

Polarizace

Jevy interference a difrakce, kter? slou?ily k dolo?en? vlnov? podstaty sv?tla, zat?m ned?vaj? ?pln? obraz o povaze sv?teln?ch vln. Nov? vlastnosti n?m odhaluje zku?enost pr?chodu sv?tla krystaly, zejm?na turmal?nem.

Vezm?te dv? stejn? obd?ln?kov? desky turmal?nu, vy??zn?te tak, aby jedna ze stran obd?ln?ku spl?vala s ur?it?m sm?rem uvnit? krystalu, kter? se naz?v? optick? osa. Polo?me jednu desku na druhou tak, aby se jejich osy ve sm?ru shodovaly, a nechejme ?zk? paprsek sv?tla z lucerny nebo slunce proch?zet p?es slo?enou dvojici desek. Vzhledem k tomu, ?e turmal?n je hn?dozelen? krystal, stopa p?en??en?ho paprsku na obrazovce se objev? jako tmav? zelen? skvrna. Za?neme ot??et jednu z desek kolem paprsku a druhou nech?me nehybnou. Zjist?me, ?e stopa paprsku sl?bne, a kdy? se deska oto?? o 900, ?pln? zmiz?. S dal??m ot??en?m desky se vys?lan? paprsek op?t za?ne zv?t?ovat a dos?hne sv? p?edchoz? intenzity, kdy? se deska oto?? o 1800, tj. kdy? jsou optick? osy desek op?t rovnob??n?. P?i dal?? rotaci turmal?nu paprsek op?t sl?bne.

V?echny pozorovan? jevy lze vysv?tlit, pokud vyvod?me n?sleduj?c? z?v?ry.

Sv?teln? vibrace v paprsku sm??uj? kolmo na ??ru ???en? sv?tla (sv?teln? vlny jsou p???n?).

Turmal?n je schopen p?en??et sv?teln? vibrace pouze tehdy, kdy? jsou sm?rov?ny ur?it?m zp?sobem vzhledem k jeho ose.

Ve sv?tle lucerny (slunce) se prezentuj? p???n? vibrace libovoln?ho sm?ru a nav?c ve stejn?m pom?ru, tak?e ani jeden sm?r nep?evl?d?.

Z?v?r 3 vysv?tluje, pro? p?irozen? sv?tlo proch?z? turmal?nem stejn? v jak?koli orientaci, a?koli turmal?n je podle z?v?ru 2 schopen p?en??et sv?teln? vibrace pouze v ur?it?m sm?ru. Pr?chod p?irozen?ho sv?tla turmal?nem vede k tomu, ?e z p???n?ch vibrac? jsou vyb?r?ny pouze ty vibrace, kter? m??e turmal?n p?en??et. Proto sv?tlo proch?zej?c? turmal?nem bude souborem p???n?ch vibrac? v jednom sm?ru, ur?en?ch orientac? osy turmal?nu. Takov? sv?tlo budeme naz?vat line?rn? polarizovan? a rovinu obsahuj?c? sm?r kmit?n? a osu sv?teln?ho paprsku budeme naz?vat rovinou polarizace.

Nyn? je experiment s pr?chodem sv?tla dv?ma postupn? um?st?n?mi turmal?nov?mi deskami jasn?. Prvn? deska polarizuje paprsek sv?tla, kter? j? proch?z?, a ponech?v? v n? pouze jeden sm?r oscilace. Tyto vibrace mohou proch?zet druh?m turmal?nem ?pln? jen tehdy, pokud se jejich sm?r shoduje se sm?rem vibrac? p?en??en?ch druh?m turmal?nem, tedy kdy? je jeho osa rovnob??n? s osou prvn?ho. Pokud je sm?r vibrac? v polarizovan?m sv?tle kolm? ke sm?ru vibrac? p?en??en?ch druh?m turmal?nem, pak bude sv?tlo zcela zablokov?no. Pokud sm?r oscilace v polarizovan?m sv?tle sv?r? ostr? ?hel se sm?rem p?en??en?m turmal?nem, pak bude oscilace p?en??ena pouze ??ste?n?.

Kvantov? vlastnosti sv?tla

fotoelektrick? efekt

Planckova hypot?za o kvantech poslou?ila jako z?klad pro vysv?tlen? jevu fotoelektrick?ho jevu, objeven?ho v roce 1887. N?meck? fyzik Heinrich Hertz.

Jev fotoelektrick?ho jevu je detekov?n p?i osv?tlen? zinkov? desky p?ipojen? k ty?i elektrom?ru. Pokud se kladn? n?boj p?enese na desku a ty?, pak se elektrom?r nevybije, kdy? je deska osv?tlena. Kdy? se na desku dostane z?porn? elektrick? n?boj, elektrometr se vybije, jakmile na desku dopadne ultrafialov? z??en?. Tento experiment dokazuje, ?e negativn? elektrick? n?boje se mohou uvolnit z povrchu kovov? desky p?soben?m sv?tla. M??en? n?boje a hmotnosti ??stic vyvr?en?ch sv?tlem uk?zalo, ?e tyto ??stice jsou elektrony.

Existuje n?kolik typ? fotoelektrick?ch jev?: vn?j?? a vnit?n? fotoelektrick? jev, fotoelektrick? jev ventilu a ?ada dal??ch efekt?.

Vn?j?? fotoelektrick? jev je jev vytahov?n? elektron? z l?tky p?soben?m sv?tla, kter? na ni dopad?.

Vnit?n? fotoelektrick? jev je v?skyt voln?ch elektron? a d?r v polovodi?i v d?sledku p?eru?en? vazeb mezi atomy v d?sledku energie sv?tla dopadaj?c?ho na polovodi?.

Fotoelektrick? jev ventilu je v?skyt elektromotorick? s?ly p?soben?m sv?tla v syst?mu obsahuj?c?m kontakt dvou r?zn?ch polovodi?? nebo polovodi?e a kovu.

Compton?v efekt

Nej?pln?j?? korpuskul?rn? vlastnosti sv?tla se projevuj? v Comptonov? jevu. Americk? fyzik A. Compton (1892 - 1962), zkoumaj?c? v roce 1923 rozptyl monochromatick?ho rentgenov?ho z??en? l?tkami s lehk?mi atomy (paraf?n, bor), zjistil, ?e ve slo?en? rozpt?len?ho z??en? spolu se z??en?m po??te?n? vlnov? d?lka, je pozorov?no i z??en? o del?? vlnov? d?lce.

Compton?v jev je elastick? rozptyl kr?tkovlnn?ho elektromagnetick?ho z??en? (rentgenov?ho a gama z??en?) na voln? (nebo slab? v?zan?) elektrony l?tky, doprov?zen? n?r?stem vlnov? d?lky. Tento efekt nezapad? do r?mce vlnov? teorie, podle n?? by se vlnov? d?lka nem?la p?i rozptylu m?nit: p?soben?m periodick?ho pole sv?teln? vlny elektron kmit? s frekvenc? pole, a proto vyza?uje rozpt?len? vlny. stejn? frekvence.

Vysv?tlen? Comptonova jevu je uvedeno na z?klad? kvantov?ch pojm? o povaze sv?tla. Pokud p?edpokl?d?me, jak to d?l? kvantov? teorie, ?e z??en? je korpuskul?rn? povahy.

Compton?v jev je pozorov?n nejen na elektronech, ale i na jin?ch nabit?ch ??stic?ch, jako jsou protony, nicm?n? vzhledem k velk? hmotnosti protonu je jeho zp?tn? r?z „viditeln?“ pouze p?i rozpt?len? foton? o velmi vysok?ch energi?ch.

Jak Compton?v jev, tak fotoelektrick? jev zalo?en? na kvantov?ch konceptech jsou zp?sobeny interakc? foton? s elektrony. V prvn?m p??pad? je foton rozpt?len, ve druh?m je absorbov?n. K rozptylu doch?z?, kdy? foton interaguje s voln?mi elektrony, a fotoelektrick? jev nast?v?, kdy? interaguje s v?zan?mi elektrony. Lze uk?zat, ?e kdy? se foton sraz? s voln?mi elektrony, nem??e doj?t k absorpci fotonu, proto?e je to v rozporu se z?kony zachov?n? hybnosti a energie. Proto p?i interakci foton? s voln?mi elektrony lze pozorovat pouze jejich rozptyl, tedy Compton?v jev.

z?v?ry

Sv?tlo je tedy korpuskul?rn? v tom smyslu, ?e jeho energie, hybnost, hmotnost a spin jsou lokalizov?ny ve fotonech a nejsou rozmazan? v prostoru, ale ne v tom smyslu, ?e foton m??e b?t um?st?n na dan?m p?esn? definovan?m m?st? v prostoru. Sv?tlo se chov? jako vlna v tom smyslu, ?e ???en? a distribuce foton? v prostoru jsou pravd?podobnostn?: pravd?podobnost, ?e se foton nach?z? v dan?m bod?, je d?na druhou mocninou amplitudy v tomto bod?. Pravd?podobnostn? (vlnov?) povaha rozlo?en? foton? v prostoru v?ak neznamen?, ?e foton je v ka?d?m okam?iku v ka?d?m bod?.

Sv?tlo tedy kombinuje kontinuitu vln?n? a diskr?tnost ??stic. Pokud vezmeme v ?vahu, ?e fotony existuj? pouze p?i pohybu (rychlost? c), pak dojdeme k z?v?ru, ?e vlnov? i korpuskul?rn? vlastnosti jsou sou?asn? vlastn? sv?tlu. Ale v n?kter?ch jevech za ur?it?ch podm?nek hraj? hlavn? roli bu? vlnov? nebo korpuskul?rn? vlastnosti a sv?tlo lze pova?ovat bu? za vln?n?, nebo za ??stice (korpuskuly).

Literatura

Detlaf A. A., Yavorsky B. M. Kurz fyziky. Moskva: Vy??? ?kola, 2000.

Trofimova T. I. Kurz fyziky. M.: Vysok? ?kola 2001.

Kuhling H. Handbook of Physics. M.: Mir 1982.

Gursky IP Z?kladn? fyzika. M., 1984.

Tarasov L. V., Tarasova A. N. Rozhovory o lomu sv?tla. M.,. V?da, 1982.

Vlnov? teorie sv?tla

P?ipome?me si, pro? jsme p?estali popisovat optick? jevy. Na??m c?lem bylo p?edstavit jinou teorii sv?tla, odli?nou od t? korpuskul?rn?, ale z?rove? se sna?it vysv?tlit stejnou sf?ru fakt?. Abychom to ud?lali, museli jsme p?eru?it n?? p??b?h a p?edstavit koncept vln. Nyn? se m??eme vr?tit k na?emu t?matu. Prvn?, kdo p?edlo?il zcela novou teorii sv?tla, byl Newton?v sou?asn?k Huygens. Ve sv?m pojedn?n? o sv?tle napsal:

„Jestli?e nav?c sv?tlo pot?ebuje ke sv?mu pr?chodu n?jak? ?as – co? nyn? prov???me – pak z toho plyne, ?e tento pohyb, sd?lovan? okoln? hmot?, n?sleduje v ?ase jeden za druh?m; proto se jako zvuk ???? kulov?mi plochami a vlnami; ??k?m jim vlny, podle podobnosti s vlnami, kter? se tvo?? na vod?, kdy? je do n? vhozen k?men, a kter? postupn? roz?i?uj? kruhy, a?koli vznikaj? z jin? p???iny a jsou pouze na rovn?m povrchu.

Sv?tlo je podle Huygense vlna, p?enos energie, nikoli l?tka. Vid?li jsme, ?e korpuskul?rn? teorie vysv?tluje mnoho pozorovan?ch fakt?. Dok??e to tak? vlnov? teorie? Mus?me si znovu polo?it ot?zky, kter? ji? byly zodpov?zeny korpuskul?rn? teori?, abychom zjistili, zda na n? m??e vlnov? teorie odpov?d?t se stejn?m ?sp?chem. Ud?lejme to zde ve form? dialogu mezi N a G, kde N je ??astn?k rozhovoru p?esv?d?en? o platnosti Newtonovy korpuskul?rn? teorie a G je ??astn?k rozhovoru p?esv?d?en? o platnosti Huygensovy teorie. Ani jednomu nen? dovoleno uplat?ovat argumenty obdr?en? pot?, co bylo d?lo obou velk?ch mistr? dokon?eno.

H: V korpuskul?rn? teorii m? rychlost sv?tla zcela jasn? v?znam. To je rychlost, kterou se krvinky pohybuj? v pr?zdn?m prostoru. Co to znamen? v teorii vln?

G: Samoz?ejm? to znamen? rychlost sv?teln? vlny. Ka?d? v?, ?e vlna se ???? ur?itou ur?itou rychlost? a tot?? mus? platit pro vlny sv?tla.

H: Nen? to tak snadn?, jak se zd?. Zvukov? vlny se ???? ve vzduchu, mo?sk? vlny ve vod?. Ka?d? vlna mus? m?t hmotn? prost?ed?, ve kter?m se ????. Ale sv?tlo se ???? vakuem, zat?mco zvuk ne. P?edpokl?dat vlnu v pr?zdn?m prostoru znamen? ve skute?nosti p?edpokl?dat ??dnou vlnu.

G: Ano, je to probl?m, i kdy? pro m? nen? nic nov?ho. M?j u?itel to velmi pe?liv? prostudoval a rozhodl se, ?e jedin?m v?chodiskem je p?edpokl?dat existenci hypotetick? substance, ?ter, p?enosov? m?dium, kter? vypl?uje cel? vesm?r. Vesm?r je tak??kaj?c pono?en do ?teru. Pokud m?me odvahu zav?st tento koncept, pak je v?e jasn?.

H: Proti tomuto p?edpokladu se ale ohrazuji. Nejprve zav?d? novou hypotetickou l?tku a ve fyzice u? m?me l?tek p??li? mnoho. Proti je i dal?? argument. Nepochybujete o tom, ?e v?e mus?me vysv?tlit v mez?ch mechaniky. A co ?ter? Dok??ete odpov?d?t na jednoduchou ot?zku, jak se ?ter skl?d? ze sv?ch element?rn?ch ??stic a jak se vyskytuje v jin?ch jevech?

G: Va?e prvn? n?mitka je samoz?ejm? spr?vn?. Ale zaveden?m jak?hosi um?l?ho bezt??n?ho ?teru jsme okam?it? osvobozeni od mnohem v?ce um?l?ch sv?teln?ch t?l?sek. M?me jen jednu „z?hadnou“ l?tku m?sto nekone?n?ho mno?stv? z nich, odpov?daj?c? obrovsk?mu mno?stv? barev ve spektru. Nemysl?te, ?e je to skute?n? pokrok? V?echny pot??e jsou alespo? soust?ed?ny do jednoho bodu. U? nepot?ebujeme um?l? p?edpoklad, ?e ??stice r?zn?ch barev se v pr?zdn?m prostoru pohybuj? stejnou rychlost?.

Va?e druh? n?mitka je tak? platn?. Nem??eme podat mechanick? vysv?tlen? pro ?ter. Nen? v?ak pochyb o tom, ?e dal?? studium optick?ch a mo?n? i dal??ch jev? odhal? jeho strukturu. V sou?asn? dob? mus?me o?ek?vat nov? experimenty a z?v?ry, ale douf?m, ?e se n?m nakonec poda?? vy?e?it probl?m mechanick? struktury ?teru.

H: Ponechme prozat?m tuto ot?zku, proto?e ji nyn? nelze vy?e?it. Cht?l bych vid?t, jak va?e teorie, i kdy? zahod?me obt??e, vysv?tluje ty jevy, kter? jsou v korpuskul?rn? teorii tak jasn? a srozumiteln?. Vezm?me si nap??klad to, ?e proch?zej? sv?teln? paprsky vakuum nebo ve vzduchu po p??m?ch lini?ch. Kousek pap?ru um?st?n? p?ed sv??kou vytv??? na st?n? jasn? a ost?e ohrani?en? st?n. Ostr? st?ny by byly nemo?n?, pokud by byla vlnov? teorie spr?vn?, proto?e vlny by obch?zely okraje pap?ru a t?m by st?n rozmaz?valy. Mal? lo? nen? p?ek??kou pro mo?sk? vlny, jak v?te; jednodu?e to obejdou, ani? by vrhali st?n.

G: To je nep?esv?d?iv? argument. Vezm?te si kr?tk? vlny na ?ece nar??ej?c? do boku velk? lodi. Vlny generovan? na jedn? stran? lodi nebudou viditeln? na druh?. Pokud jsou vlny dostate?n? mal? a lo? dostate?n? velk?, objev? se velmi v?razn? st?n. Je velmi mo?n?, ?e se n?m zd?, ?e sv?tlo cestuje v p??mk?ch jen proto, ?e jeho vlnov? d?lka je velmi mal? ve srovn?n? s velikost? obvykl?ch p?ek??ek a d?r pou??van?ch p?i experimentech. Je mo?n?, ?e pokud bychom dok?zali vytvo?it dostate?n? mal? p?ek??ky, nebyl by zde ??dn? st?n. M??eme se setkat s velk?mi experiment?ln?mi obt??emi p?i konstrukci p??stroj?, kter? mohou uk?zat, zda je sv?tlo schopno oh?bat se kolem p?ek??ek. Pokud by v?ak bylo mo?n? takov? experiment prov?st, byl by rozhoduj?c? v boji mezi vlnovou a korpuskul?rn? teori? sv?tla.

H: Teorie vln m??e v budoucnu v?st k nov?m fakt?m, ale nezn?m ??dn? d?kazy, kter? by ji p?esv?d?iv? podpo?ily. Dokud nebude definitivn? experiment?ln? prok?z?no, ?e sv?tlo se m??e oh?bat kolem p?ek??ek, nevid?m d?vod opou?t?t korpuskul?rn? teorii, kter? se mi zd? jednodu??? a tud?? lep?? ne? teorie vln.

V tuto chv?li m??eme dialog p?eru?it, i kdy? jeho p?edm?t nen? nikterak vy?erp?n.

Zb?v? uk?zat, jak vlnov? teorie vysv?tluje lom sv?tla a rozmanitost barev. Jak v?me, korpuskul?rn? teorie je schopna takov? vysv?tlen? podat. Za?neme lomem, ale nejprve bude u?ite?n? zv??it p??klad, kter? nem? nic spole?n?ho s optikou.

Po??dejte dva lidi, aby ?li p?es velk? otev?en? prostor a mezi sebou dr?eli tvrdou ty?. Nejprve jedou rovn?, oba stejnou rychlost?. Dokud jsou jejich rychlosti stejn?, a? jsou velk? nebo mal?, je jedno, ty? se bude pohybovat paraleln?, tedy nebude se ot??et ani m?nit sm?r. V?echny po sob? jdouc? polohy ty?e jsou vz?jemn? rovnob??n?. Ale te? si p?edstavte, ?e b?hem velmi kr?tk? doby, mo?n? rovnaj?c? se zlomk?m sekundy, se pohyby obou lid? staly nerovnom?rn?mi. Co se bude d?t? Je jasn?, ?e b?hem t?to doby se ty? oto??, tak?e se ji? nebude pohybovat paraleln? se svou p?vodn? polohou. Kdy? se pohyb op?t obnov? stejnou rychlost?, bude m?t sm?r odli?n? od p?vodn?ho (obr. 43.) Ke zm?n? sm?ru doch?z? b?hem ?asov?ho ?seku, ve kter?m byla rychlost obou chodc? r?zn?.

Tento p??klad n?m umo?n? pochopit lom vlny. Rovina vlny pohybuj?c? se v ?teru dosahuje povrchu skla. Na Obr. 44 vid?me vlnu s pom?rn? ?irokou p?edn? ??st?, kter? se pohybuje dop?edu. ?elo vlny je rovina, ve kter? jsou v ka?d?m okam?iku v?echny ??sti ?teru ve stejn?m stavu. Proto?e rychlost z?vis? na m?diu, kter?m sv?tlo v dan?m ?ase proch?z?, bude se rychlost ve skle li?it od rychlosti v pr?zdn?m prostoru. B?hem velmi kr?tk? doby, po kterou ?elo vlny vstoup? do skla, budou m?t r?zn? ??sti ?ela vlny r?zn? rychlosti. Je jasn?, ?e ty ??sti, kter? ji? dos?hly skla, se budou pohybovat rychlost? sv?tla ve skle, zat?mco jin? ??sti se st?le pohybuj? rychlost? sv?tla v ?teru. V d?sledku tohoto rozd?lu rychlost? pod?l ?ela vlny, existuj?c?ho b?hem doby "pono?en?" do skla, se zm?n? sm?r samotn? vlny.

Vid?me tedy, ?e nejen korpuskul?rn?, ale i vlnov? teorie vede k vysv?tlen? lomu. Dal?? ?vahy a ur?it? aplikace matematiky ukazuj?, ?e vysv?tlen? vlnov? teorie je jednodu??? a lep?? a ?e jej? d?sledky pln? souhlas? s pozorov?n?m. Kvantitativn? metody uva?ov?n? n?m skute?n? umo??uj? odvodit rychlost sv?tla v refrak?n?m prost?ed?, pokud v?me, jak se paprsek l?me, kdy? do n?j vstupuje. P??m? m??en? brilantn? potvrzuj? tyto p?edpov?di, a t?m i vlnovou teorii sv?tla.

St?le je zde ot?zka barvy.

Je t?eba si uv?domit, ?e vlna je charakterizov?na dv?ma ??sly - rychlost? a vlnovou d?lkou. N?sleduj?c? tvrzen? vlnov? teorie sv?tla je velmi v?znamn?: r?zn? vlnov? d?lky odpov?daj? r?zn?m barv?m. Vlnov? d?lka homogenn?ho ?lut?ho sv?tla se li?? od vlnov? d?lky modr?ho nebo fialov?ho. Nam?sto um?l?ho odd?len? t?l?sek r?zn?ch barev m?me p?irozen? rozd?l ve vlnov? d?lce.

Z toho vypl?v?, ?e Newtonovy experimenty s rozptylem sv?tla lze popsat ve dvou r?zn?ch jazyc?ch – jazykem korpuskul?rn? teorie a jazykem vlnov? teorie. Nap??klad:

korpuskul?rn? jazyk

Korpuskuly r?zn?ch barev maj? stejnou rychlost ve vakuu, ale r?zn? rychlosti ve skle.

B?l? sv?tlo je sb?rka krvinek r?zn?ch barev, p?i?em? ve spektrech jsou odd?leny.

vlnov? jazyk

Paprsky r?zn?ch vlnov?ch d?lek, souvisej?c? s r?zn?mi barvami, maj? stejnou rychlost v ?teru, ale r?zn? rychlosti ve skle.

B?l? sv?tlo je souborem vln v?ech vlnov?ch d?lek, p?i?em? ve spektru jsou odd?leny.

Zd?lo by se moudr? vyhnout se nejednozna?nosti vypl?vaj?c? ze skute?nosti, ?e pro stejn? jevy existuj? dv? r?zn? teorie, a rozhodnout se pro jednu z nich po pe?liv?m zv??en? p?ednost? a nedostatk? ka?d? z nich. Dialog mezi N a G ukazuje, ?e to nen? snadn? ?kol. Rozhodnut? z tohoto hlediska by bylo sp??e v?c? vkusu ne? v?c? v?deck?ho p?esv?d?en?. V Newtonov? dob? a o 100 let pozd?ji d?vala v?t?ina fyzik? p?ednost korpuskul?rn? teorii.

Historie vynesla sv?j verdikt ve prosp?ch vlnov? teorie a proti korpuskul?rn? teorii mnohem pozd?ji, v polovin? 19. stolet?. N ve sv?m rozhovoru s G prohl?sil, ?e v z?sad? je mo?n? spor mezi t?mito dv?ma teoriemi experiment?ln? vy?e?it. Korpuskul?rn? teorie nedovoluje sv?tlu obch?zet p?ek??ky a vy?aduje jasn? st?ny. Podle vlnov? teorie nebudou dostate?n? mal? p?ek??ky vrhat ??dn? st?n. V pr?ci Junga a Fresnela byl tento v?sledek z?sk?n experiment?ln?; tam byly u?in?ny teoretick? z?v?ry.

U? jsme prob?rali extr?mn? jednoduch? experiment, kdy se p?ed bodov? zdroj sv?tla um?stila clona s otvorem a na ze? se vrhal st?n. V n?sleduj?c?m zjednodu??me experiment t?m, ?e budeme p?edpokl?dat, ?e zdroj vyza?uje rovnom?rn? sv?tlo. Pro dosa?en? nejlep??ch v?sledk? mus? b?t zdroj sv?tla siln?. P?edstavte si, ?e otvor v obrazovce je st?le men?? a men??. Pokud m?me k dispozici siln? zdroj a poda?? se n?m d?ru ud?lat dostate?n? malou, doch?z? k objevov?n? nov?ch a p?ekvapiv?ch jev?, z pohledu korpuskul?rn? teorie zcela nepochopiteln?ch. U? nen? ostr? rozd?l mezi sv?tlem a tmou. Sv?tlo postupn? miz? do tmav?ho pozad? prost?ednictv?m ?ady sv?tl?ch a tmav?ch prstenc?. Vzhled prstenc? je velmi charakteristick? pro vlnovou teorii. Vysv?tlen? st??d?n? sv?tl?ch a tmav?ch p?s? bude jasn? v p??pad? trochu jin?ho experiment?ln?ho nastaven?. P?edpokl?dejme, ?e m?me list ?ern?ho pap?ru se dv?ma otvory, kter?mi m??e proch?zet sv?tlo. Pokud jsou otvory t?sn? vedle sebe a jsou velmi mal?, a pokud je rovnom?rn? sv?tlo dostate?n? siln?, objev? se na st?n? mnoho sv?tl?ch a tmav?ch pruh?, kter? postupn? sl?bnou a m?n? se v tmav? pozad?. Vysv?tlen? je velmi jednoduch?. Tmav? p?s se objev? tam, kde se koryto vlny z jednoho otvoru setk?v? s h?ebenem vlny z druh?ho, tak?e oba jsou zru?eny. Pruh sv?tla je m?sto, kde se setk?vaj? dv? koryta nebo dva h?ebeny z vln p?ich?zej?c?ch z obou otvor? a vz?jemn? se posiluj?. Vysv?tlen? tmav?ch a sv?tl?ch prstenc? v p?edchoz?m p??kladu, ve kter?m jsme pou?ili clonu s jedin?m otvorem, je slo?it?j??, ale v principu je to stejn?. Tento vzhled tmav?ch a sv?tl?ch p?s? p?i pr?chodu sv?tla dv?ma ?t?rbinami a tmav?ch a sv?tl?ch prstenc? p?i pr?chodu otvorem je t?eba m?t na pam?ti, proto?e k diskusi o obou r?zn?ch obr?zc?ch se vr?t?me pozd?ji. Zde popsan? experimenty odhaluj? difrakce sv?tlo - odchylka sv?tla od p??mo?ar?ho ???en?, kdy se v dr?ze sv?teln?ch vln nach?zej? mal? otvory nebo p?ek??ky (obr. 45–47).

R??e. 45. Naho?e vid?me fotografii sv?teln?ch skvrn pot?, co dva paprsky pro?ly dv?ma mal?mi otvory, jeden po druh?m (nejprve byla jedna ?t?rbina otev?en?, pak se zav?ela a druh? se otev?ela). N??e vid?me pruhy vypl?vaj?c? ze skute?nosti, ?e paprsek pro?el ob?ma mal?mi otvory sou?asn? (foto V. Arkadiev)

R??e. 46. Difrakce sv?tla jako v?sledek ohybu paprsku kolem velmi mal? p?ek??ky (Foto V. Arkadiev)

R??e. 47. Difrakce sv?tla jako v?sledek pr?chodu paprsku velmi mal?m otvorem (Foto V. Arkadiev)

S pomoc? matematiky jsme schopni j?t mnohem d?l. M??ete nastavit, jak dlouh?, nebo sp??e jak mal?, mus? b?t vlnov? d?lka, aby se vytvo?il difrak?n? obrazec. Popsan? experimenty n?m tedy umo??uj? ur?it vlnovou d?lku homogenn?ho sv?tla. Abychom si ud?lali p?edstavu o tom, jak mal? tato mno?stv? jsou, uvedeme vlnov? d?lky extr?mn?ch paprsk? viditeln?ho slune?n?ho spektra, tedy vlnov? d?lky ?erven?ho a fialov?ho paprsku. Vlnov? d?lka ?erven?ho sv?tla je 0,00008 cm, vlnov? d?lka fialov?ho sv?tla je 0,00004 cm.

Nem?li bychom se divit, ?e tato mno?stv? jsou velmi mal?. P?esn? definovan? st?n, tedy jev p??mo?ar?ho ???en? sv?tla, je v p??rod? pozorov?n jen proto, ?e b??n? se vyskytuj?c? d?ry a p?ek??ky jsou extr?mn? velk? ve srovn?n? s vlnovou d?lkou sv?tla. Sv?tlo odhaluje svou vlnovou povahu pouze p?i pou?it? velmi mal?ch otvor? a p?ek??ek.

Ale historie hled?n? teorie sv?tla nen? v ??dn?m p??pad? u konce. V?ta z 19. stolet? nebyla posledn? a definitivn?. Pro modern? fyziky cel? probl?m volby mezi t?l?sky a vlnami existuje znovu, nyn? v mnohem hlub?? a slo?it?j?? podob?. P?ijm?me por??ku korpuskul?rn? teorie sv?tla, dokud nezjist?me, ?e povaha v?t?zstv? vlnov? teorie je problematick?.

Z knihy Revoluce ve fyzice autor de Broglie Louis

Kapitola VIII. Vlnov? mechanika 1. Z?kladn? my?lenky vlnov? mechaniky V roce 1923 bylo t?m?? jasn?, ?e Bohrova teorie a star? kvantov? teorie jsou pouze mezi?l?nkem mezi klasick?mi my?lenkami a n?kter?mi zcela nov?mi pohledy, co? umo??uje hlub?? vhled do

Z knihy L?ka?sk? fyzika autor Podkolzina V?ra Alexandrovna

Kapitola XII. Vlnov? mechanika soustav a Pauliho princip 1. Vlnov? mechanika soustav ??stic Doposud jsme uva?ovali o nov? mechanice pouze pro p??pad, kdy se jedna ??stice pohybuje v dan?m silov?m poli. N?kdy jsme p?edpokl?dali, ?e plat? i pro ten ?i onen princip

Z knihy Tajemstv? prostoru a ?asu autor Komarov Victor

1. Vlnov? mechanika ??sticov?ch soustav Dosud jsme uva?ovali o nov? mechanice pouze pro p??pad, kdy se jedna ??stice pohybuje v dan?m silov?m poli. N?kdy jsme p?edpokl?dali, ?e ten ?i onen princip plat? i pro syst?m; a proto?e fyzika v podstat? p?edpokl?d?

Z knihy Evoluce fyziky autor Einstein Albert

53. Vlnov? optika Vlnov? vlastnosti sv?tla. Sv?tlo jsou elektromagnetick? vlny ve frekven?n?m rozsahu 13 x 1014-8 x h 1014 Hz vn?man? lidsk?m okem, t.j. vlnov? d?lka je 380 x 770 nm. Sv?tlo m? v?echny vlastnosti elektromagnetick?ch vln: odraz, lom, interference,

Z knihy 50 let sov?tsk? fyziky autor Le?kovcev Vladimir Alekseevi?

54. Polarizace sv?tla Sv?tlo je p???n? elektromagnetick? vln?n?. Polarizace sv?tla je uspo??d?n? v orientaci vektor? elektrick?ho a magnetick?ho pole sv?teln? vlny v rovin? kolm? na sv?teln? paprsek. p?irozen? sv?tlo

Z knihy Co vypr?v? sv?tlo autor Suvorov Sergej Georgijevi?

Z knihy Historie laseru autor Bertolotti Mario

Rychlost sv?tla V Galileov?ch „Rozhovorech o dvou nov?ch v?d?ch“ najdeme rozhovor mezi u?itelem a jeho studenty o rychlosti sv?tla: Sagredo: Ale jak? druh a jak? stupe? rychlosti by m?l b?t tento pohyb sv?tla? M?me-li to pova?ovat za okam?it?, nebo za nast?vaj?c? v ?ase, jako

Z knihy Hyperprostor od Kaku Michio

Sv?teln? kvanta P?edstavte si ze? postavenou pod?l mo?sk?ho pob?e??. Mo?sk? vlny nep?etr?it? nar??ej? na ze?, poka?d?, kdy? n?co sm?vaj? z jej?ho povrchu, a vzdaluj? se, ??m? poskytuj? volnou cestu pro p??choz? vlny. Hmota st?ny se zmen?? a m??eme se pt?t jak

Z knihy Oko a Slunce autor Vavilov Sergej Ivanovi?

RYCHLEJ?? NE? SV?TLO Vynikaj?c?m p??kladem praktick?ho v?znamu definice luminiscence uveden? SI Vavilovem je pozoruhodn? objev ??inku „superlumin?ln?ho“ elektronu. S p??n?m studovat luminiscenci roztok?, kter? vznikaj? p?soben?m jin?ho ne? sv?tla

Z autorovy knihy

modulace sv?tla. Prom?na sv?tla na aktivn? vztah ?lov?ka k p??rod? S?la lidsk? mysli spo??v? v jeho aktivn?m vztahu k p??rod?. ?lov?k p??rodu nejen kontempluje, ale i p?etv???. Kdyby jen pasivn? uva?oval o sv?tle jako o n??em, co se v n?m nach?z?

Z autorovy knihy

KAPITOLA 1 VLNOV? A KORPUSKUL?RN? TEORIE SV?TLA Lid?, kte?? hr?li ?st?edn? roli v historii teorie sv?tla, byli Hooke, Huygens a Newton. Hooke a Newton byli Britov?, Huygens byl Holan?an. V?ichni v?znamn? p?isp?li do r?zn?ch oblast? fyziky a etablovali se

Z autorovy knihy

Newtonova teorie sv?tla U?ebnice Optika (1704) za??n? definov?n?m charakteristik paprsku sv?tla: paprsky sv?tla poch?zej? ze Slunce a dost?vaj? se k n?m vesm?rem. Ka?d? druh paprsk? vytv??? v oku jin? pocit; ?erven?, zelen?, modr? atd. p?irozen? sv?tlo slunce

Z autorovy knihy

Vlnov? teorie se postupem ?asu st?v? dominantn? Vlnov? i korpuskul?rn? teorie vedly mezi jejich p??vr?enci k v??niv?m debat?m, zat?mco experimenty a teoretick? ?vahy T. Junga (1773-1829), E. L. Maluse (1775-1812), L. Eulera (1707) -1783), A. Fresnel (1788-1827), Josef

Z autorovy knihy

Vlnov? funkce vesm?ru Hawking je jedn?m ze zakladatel? nov? v?deck? discipl?ny zvan? kvantov? kosmologie. Zpo??tku se terminologie zd?la rozporupln?. Slovo kvantov? odkazuje na nekone?n? mal? sv?t kvark? a neutrin a kosmologie je spojov?na s

Vlnov? teorie sv?tla

Vlnov? teorie sv?tla- jedna z teori? vysv?tluj?c?ch podstatu sv?tla. Hlavn? pozice teorie je zalo?ena na skute?nosti, ?e sv?tlo m? vlnovou povahu, to znamen?, ?e se chov? jako elektromagnetick? vln?n? (barva sv?tla, kter? vid?me, z?vis? na jeho d?lce).

Tato teorie je potvrzena mnoha experimenty (zejm?na zku?enostmi T. Younga) a toto chov?n? sv?tla (ve form? elektromagnetick? vlny) je pozorov?no u takov?ch fyzik?ln?ch jev?, jako je disperze, difrakce a interference sv?tla. Mnoho dal??ch fyzik?ln?ch jev? spojen?ch se sv?tlem v?ak nelze vysv?tlit samotnou vlnovou teori?.

Teorie poch?z? od Huygense. Sv?tlo pova?uje za soubor p???n?ch monochromatick?ch elektromagnetick?ch vln a pozorovan? optick? efekty jako v?sledek interference t?chto vln. P?edpokl?d? se, ?e p?i absenci p?echodu energie z??en? na jin? typy energie se tyto vlny vz?jemn? neovliv?uj? v tom smyslu, ?e po vyvol?n? interferen?n?ch jev? v ur?it? oblasti prostoru se vlna d?le ???? beze zm?ny. jeho vlastnosti. Vlnov? teorie elektromagnetick?ho z??en? na?la sv?j teoretick? popis v Maxwellov?ch d?lech ve form? Maxwellov?ch rovnic. Pou?it? konceptu sv?tla jako vlny umo??uje vysv?tlit jevy spojen? s interferenc? a difrakc?, v?etn? struktury sv?teln?ho pole (zobrazov?n? a holografie).

viz tak?

Nadace Wikimedia. 2010 .

Pod?vejte se, co je "Wave Theory of Light" v jin?ch slovn?c?ch:

vlnov? teorie sv?tla- bangin? ?viesos teorija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. vlnov? teorie sv?tla; vlnov? teorie sv?tla vok. Wellentheorie des Lichtes, fr rus. vlnov? teorie sv?tla, f pranc. th?orie ondulatoire de la lumi?re, f … Fizikos termin? ?odynas

Sv?tlo je jednou z teori? vysv?tluj?c?ch podstatu sv?tla. Hlavn? pozice teorie je zalo?ena na skute?nosti, ?e sv?tlo m? vlnovou povahu, to znamen?, ?e se chov? jako elektromagnetick? vln?n? (barva sv?tla, kter? vid?me, z?vis? na jeho d?lce). Teorie ... ... Wikipedie

Fyzick? sekce optika, kter? studuje souhrn jev?, ve kter?ch se objevuj? vlny. povaha sv?ta. P?edstavy o vln?ch. Charakter ???en? sv?tla sah? a? k z?kladn? Gollov? pr?ci. v?dec 2. patro. 17. stolet? X. Huygens. Stvo?en?. rozvoj V. o. ... ... Fyzick? encyklopedie

Nejrozvinut?j?? forma organizace v?deck?ho pozn?n?, kter? poskytuje holistick? pohled na z?konitosti a z?sadn? souvislosti studovan? oblasti reality. P??klady tzv. jsou klasick? mechanika I. Newtona, korpuskul?rn? a vlnov? ... ... Filosofick? encyklopedie

- (z ?eck? teorie pozorov?n?, uva?ov?n?, v?zkum) nejrozvinut?j?? forma organizace v?deck?ho pozn?n?, poskytuj?c? holistick? pohled na z?konitosti a podstatn? souvislosti ur?it? oblasti reality. P??klady T. jsou ... ... Slovn?k pojm? logiky

Teorie, kter? uva?uje o v?ech druz?ch oscilac?, abstrahuje od jejich fyzik?ln? podstaty. K tomu se pou??v? apar?t diferenci?ln?ho po?tu. Obsah 1 Harmonick? vibrace ... Wikipedie

Vlnov? plocha je m?stem bod?, kter? jsou ve stejn? f?zi naru?eny zobecn?nou sou?adnic?. Pokud je zdrojem vln?n? bod, pak vlnov? plochy v homogenn?m a izotropn?m prostoru jsou ... ... Wikipedia

Kvantov? mechanika ... Wikipedie

Teorie plasticity je obor mechaniky kontinua, jeho? ?kolem je ur?ovat nap?t? a posuvy v deformovateln?m t?lese za hranice pru?nosti. P??sn? vzato, v teorii plasticity se p?edpokl?d?, ?e stav nap?t? ... ... Wikipedie

Mechanika kontinua ... Wikipedie

knihy

The Wave Theory of Light, J. W. Strutt. The Wave Theory of Light od Johna-Williama Strutta, lorda Rayleigha (spr?vn?ji Reilly), kterou napsal jako ?l?nek pro 9. vyd?n? Encyclopaedia Britaunica v roce 1888. Mistr hlubok? a jemn? anal?zy…

Ru?en? vln. koherentn? vlny. Rozd?l mezi dv?ma vlnami. Podm?nky pro ru?en? maxima a minima

Maxim?ln? a minim?ln? podm?nky ru?en?

T?ma 9. Vlnov? teorie sv?tla. Ru?en? sv?tla. Youngova metoda

ru?en? vln?n? je jev zes?len? kmit? v n?kter?ch bodech prostoru a zeslaben? kmit? v jin?ch bodech v d?sledku superpozice dvou nebo v?ce vln p?ich?zej?c?ch do t?chto bod?. P?i superponov?n? dvou (nebo v?ce) sv?teln?ch vln doch?z? k prostorov? redistribuci sv?teln?ho toku, v d?sledku ?eho? se na n?kter?ch m?stech objevuj? maxima a jinde minima intenzity. Nezbytnou podm?nkou pro pozorov?n? stabiln?ho interferen?n?ho obrazce je soudr?nost skl?dan? vlny. koherentn? se naz?vaj? vlny stejn? frekvence, jejich? kmit?n? se li?? f?zov?m rozd?lem, kter? je v ?ase konstantn?.

K z?sk?n? koherentn?ch sv?teln?ch vln se pou??v? metoda rozd?len? vlny emitovan? jedn?m zdrojem na dv? ??sti, kter? po pr?chodu r?zn?mi optick? dr?hy superponovan? na sebe a v d?sledku toho je pozorov?n interferen?n? obrazec.

Sou?in geometrick? d?lky s dr?ha sv?teln? vlny v dan?m m?diu na indik?tor n refrakce tohoto prost?ed? se naz?v? d?lka optick? dr?hy L , hodnota D = L 2 – L 1 (rozd?l v optick?ch d?lk?ch drah, kter?mi vlny proch?zej?) se naz?v? rozd?l optick? dr?hy.

Pokud je rozd?l optick?ch drah D roven cel?mu po?tu vlnov?ch d?lek l 0, tj.

( = 0, 1, 2,…) ,

M ob? vlny se budou vyskytovat ve stejn? f?zi a v bod? M bude dodr?ov?no ru?en? maximum(m je ??d interferen?n?ho maxima).

Je-li rozd?l optick?ch drah D roven polovi?n?mu po?tu vlnov?ch d?lek l 0, tj.

( = 0, 1, 2,…) ,

pak oscilace excitovan? v bod? M ob? vlny se budou vyskytovat v protif?zi a v bod? M bude dodr?ov?no minim?ln? ru?en?(m je ??d minim?ln?ho ru?en?).

Jako p??klad interference sv?teln?ch vln uva?ujme Youngovu metodu .

Youngova metoda. Pro pozorov?n? interference sv?tla se z?sk?vaj? koherentn? sv?teln? paprsky separac? a n?slednou konvergenc? sv?teln?ch paprsk? vych?zej?c?ch ze stejn?ho zdroje. Zdrojem sv?tla je jasn? osv?tlen? ?t?rbina S(obr. 20), ze kter?ho dopad? sv?teln? vlna na dv? ?zk? ekvidistantn? ?t?rbiny S 1 a S 2 , paraleln? sloty S. Tak?e mezery S 1 a S 2 hraj? roli koherentn?ch zdroj? a

Intenzita sv?tla v ur?it?m bod? ALE ur?eno rozd?lem optick?ch drah: D = s 2 – s 1 .

Podle obr?zku 20:

; , kde nebo .

Ze stavu l>>d z toho vypl?v? s 1 + s 2 » 2 l, pak

Podle tohoto vztahu a podm?nek pozorov?n? interferen?n? maxima a minima pozice maxim ( xmax) a minima ( xmin) intenzity na obrazovce v Youngov? metod? jsou definov?ny takto:

( = 0, 1, 2,…) ,

( = 0, 1, 2,…) .

Vzd?lenost mezi dv?ma sousedn?mi maximy (nebo minimy) D X volala ???ka t??sn? a rovn? se:

Z tohoto vztahu vypl?v?, ?e mno?stv? D X z?vis? na vlnov? d?lce l 0 . Z?eteln? interferen?n? obrazec, co? je st??d?n? sv?tl?ch a tmav?ch pruh? na obrazovce, je tedy mo?n? pouze p?i pou?it? monochromatick? sv?tlo, tedy sv?tlo o ur?it? vlnov? d?lce l 0 .

T?ma 10. Difrakce sv?tla. Fresnelova difrakce

Difrakce se naz?v? oh?b?n? vln kolem p?ek??ek. Difrakce sv?tlo je definov?no jako jak?koli odchylka ???en? sv?tla v bl?zkosti p?ek??ek od z?kon? geometrick? optiky. D?ky difrakci se vlny dost?vaj? do oblasti geometrick?ho st?nu, pronikaj? mal?mi otvory atd.

Jev difrakce je vysv?tlen pomoc? Huygens?v princip, podle kter?ho ka?d? bod, do kter?ho vlna dos?hne, slou?? jako st?ed sekund?rn?ch vln a obal t?chto vln ur?uje polohu ?ela vlny.

R??e. 3

Fresnel doplnil Huygens?v princip o my?lenku interference sekund?rn?ch vln.

Podle Huygens-Fresnel?v princip sv?teln? vlna buzen? zdrojem S, m??e b?t reprezentov?n jako v?sledek superpozice koherentn?ch sekund?rn?ch vln,„vyza?ovan?“ fiktivn?mi zdroji. Takov?mi zdroji mohou b?t nap??klad nekone?n? mal? prvky libovoln?ho uzav?en?ho povrchu obklopuj?c?ho zdroj S. Pokud jeden z vlnov? plochy (vlnov? plocha - je t??i?t? bod?, ve kter?ch doch?z? k oscilac?m ve stejn? f?zi), pak v?echny nekone?n? mal? prvky tohoto uzav?en?ho povrchu, jako fiktivn? zdroje, p?sob? ve f?zi. Tato vlastnost fiktivn?ch zdroj? koherentn?ch sekund?rn?ch vln se vyu??v? v metod? Fresnelov?ch z?n p?i studiu difrakce sf?rick?ch vln.

Metoda Fresnelovy z?ny. Najd?te v libovoln?m bod? M amplituda sv?teln? vlny ????c? se z bodov?ho zdroje sv?tla S(obr. 21).

R??e. 21

Fresnel prolomil vlnoplochu F, co? je kulov? povrch se st?edem v bod? S, do prstencov?ch z?n (Fresnelov?ch z?n) takov? velikosti, aby vzd?lenosti od okraj? sousedn?ch z?n k bodu M li?? se t?m l/2 (obr. 21). Proto?e oscilace ze sousedn?ch z?n p?ech?zej? do bodu M vzd?lenosti, kter? se li?? l/2, pak k v?ci M p?ich?zej? v protif?zi a p?i superponov?n? se vz?jemn? oslabuj?. Proto ta amplituda ALE M:

kde ALE 1 , ALE 2 , ..., A n- amplitudy kmit? p?ich?zej?c?ch z 1., 2., ... , n-t? z?na.

V d?sledku s??t?n? je amplituda ALE v?sledn? sv?teln? vibrace v bod? M Uk?zalo se, ?e se rovn? polovin? amplitudy ALE 1 centr?ln? Fresnelova z?na:

To znamen?, ?e amplituda sv?teln? vibrace p?ich?zej?c? pouze z jedn? centr?ln? Fresnelovy z?ny je dvakr?t v?t?? ne? amplituda v?sledn? sv?teln? vibrace s pln? otev?enou vlnoplochou. Tento ??inek byl experiment?ln? potvrzen pou?it?m z?nov? desky, v praxi sklen?n? desky vyroben? metodou Fresnelovy z?ny. Z?nov? desky se skl?daj? ze st??daj?c?ch se pr?hledn?ch (pro lich? Fresnelovy z?ny) a nepr?hledn?ch (u sud?ch Fresnelov?ch z?n) soust?edn?ch prstenc?. V tomto p??pad? v?sledn? amplituda ALE(A=A 1 +A 3 +A 5 +... ) je v?t?? ne? u pln? otev?en?ho ?ela vlny. Zku?enosti potvrdily, ?e z?nov? desky zvy?uj? osv?tlen? v ur?it?m bod? M, p?sob? jako spojn? ?o?ka.

Fresnelova difrakce kruhov?m otvorem. Kulov? vlna ????c? se z bodov?ho zdroje S, na sv? cest? potk? kruhov? otvor (obr. 22). Difrak?n? obrazec na st?n?tku z?vis? na po?tu Fresnelov?ch z?n vystaven?ch kulat?m otvorem. Po rozd?len? otev?en? ??sti vlnoplochy F do Fresnelov?ch z?n pro pointu V le??c? na obrazovce (obr. 22) ur?ete po?et otev?en?ch z?n. Pokud je po?et otev?en?ch Fresnelov?ch z?n sud?, pak v bod? V je pozorov?na tmav? skvrna, proto?e oscilace z ka?d?ho p?ru sousedn?ch Fresnelov?ch z?n se navz?jem ru??. Pokud je po?et otev?en?ch Fresnelov?ch z?n lich?, pak v bod? V bude tam sv?tl? bod.

Fresnelova difrakce na disku. Kulov? vlna ????c? se z bodov?ho zdroje S, na sv? cest? potk? disk (obr. 23). Dejme tomu bod V le??c? na lince spojuj?c? zdroj S se st?edem disku, po rozd?len? vlnov? plochy F do Fresnelov?ch z?n budou uzav?eny diskem m prvn? Fresnelovy z?ny. Pak amplituda ALE v?sledn? oscilace v bod? V je rovn?: , tedy v bod? V vznikne sv?tl? skvrna odpov?daj?c? p?soben? poloviny prvn? otev?en? Fresnelovy z?ny.

1. Sv?teln? vlna. Ru?en? sv?tla. Koherence (?asov? a prostorov?) a monochromati?nost sv?teln?ch vln. Podm?nky pro maxim?ln? a minim?ln? intenzitu p?i ru?en?.

sv?teln? vlna- elektromagnetick? vln?n? ve viditeln? oblasti vlnov?ch d?lek. Frekvence sv?teln? vlny (nebo sady frekvenc?) ur?uje "barvu". Energie nesen? sv?telnou vlnou je ?m?rn? druh? mocnin? jej? amplitudy. Jev vzniku st??dav?ch p?s? zes?len? a zeslaben? intenzity sv?tla se naz?v? ru?en?. Interference sv?tla je pozorov?na, kdy? se dva nebo v?ce paprsk? sv?tla p?ekr?vaj? na sebe. soudr?nost- koordinovan? tok n?kolika oscila?n?ch nebo vlnov?ch proces? v ?ase a prostoru. Koherence je vyj?d?ena st?lost? nebo pravideln?m spojen?m mezi f?zemi, frekvencemi, polarizacemi a amplitudami t?chto vln. ?asov? soudr?nost- stav, kdy sv?teln? vlny proch?zej? danou oblast? v prostoru za stejnou dobu b?hem sv? periody. Prostorov? soudr?nost- stav, kdy se sv?teln? vlny proch?zej?c? prostorem nemus? nutn? shodovat frekven?n?, ale f?zov?. monochromatick? vlny jsou prostorov? neomezen? vlny jedn? ur?it? a p??sn? konstantn? frekvence.

Pokud je dr?hov? rozd?l celo??seln? po?et vlnov?ch d?lek ve vakuu

pak , a oscilace vybuzen? v bod? P ob?ma vlnami nastanou ve stejn? f?zi. Proto (8.1.3) je ru?en? maxim?ln? stav.

Pokud je rozd?l optick? dr?hy

(8.1.4)

pak , a oscilace vybuzen? v bod? P ob?ma vlnami budou prob?hat v protif?zi. Proto (8.1.4) je podm?nka minim?ln?ho ru?en?.

2. Metody z?sk?v?n? koherentn?ch vln. Interference sv?tla v tenk?ch vrstv?ch.

Zdroje tepla jsou navz?jem nekoherentn?. Pro z?sk?n? koherentn?ch sv?teln?ch vln se vlna emitovan? jedn?m sv?teln?m zdrojem rozd?l? na dv? a v?sledn? vlny se pak spoj? v ur?it? oblasti prostoru, naz?van? oblast p?ekryt?.

Youngova zku?enost

A zdrojem sv?tla je osv?tlen? ?t?rbina S, ze kter? dopad? sv?teln? vlna na dv? ?zk? ?t?rbiny S 1 a S 2 osv?tlena r?zn?mi ?ezy stejn?ho ?ela vlny (obr. 1.5). Sv?teln? paprsek se p?i pr?chodu ka?dou ze ?t?rbin roz???il v d?sledku difrakce; proto na b?l? obrazovce P se sv?teln? paprsky, kter? proch?zely ?t?rbinami S 1 a S 2 se p?ekr?valy. V oblasti p?ekr?vaj?c?ch se sv?teln?ch paprsk? byl pozorov?n interferen?n? obrazec ve form? st??daj?c?ch se sv?tl?ch a tmav?ch pruh?.

Fresnelovy biprizmy

D K odd?len? sv?teln? vlny se pou??v? dvojit? hranol (biprisma) s mal?m ?hlem lomu. Zdrojem sv?tla je jasn? osv?tlen? ?t?rbina S rovnob??n? s refrak?n? hranou biprismatu. Vzhledem k mal?mu ?hlu lomu biprismatu (n?kolik obloukov?ch minut) se v?echny paprsky odchyluj? o stejn? ?hel, bez ohledu na ?hel dopadu, p?i?em? odchylka nast?v? sm?rem k z?kladn? ka?d?ho z hranol?, kter? tvo?? biprisma. . V d?sledku toho se vytvo?? dv? koherentn? vlny, virtu?ln? vych?zej?c? z imagin?rn?ch zdroj? a le??c? ve stejn? rovin? se skute?n?m zdrojem.

Fresnel Bizercalo

P?i instalaci Fresnelova b-zrcadla jsou z?sk?ny dv? koherentn? vlny odrazem od dvou zrcadel, jejich? roviny sv?raj? dihedr?ln? ?hel, kde je ?hel velmi mal?. Zdrojem je ?zk? osv?tlen? ?t?rbina rovnob??n? s ?elem dihedr?ln?ho ?hlu. Paprsky odra?en? od zrcadel dopadaj? na st?n?tko E a v oblasti p?ekryt? PQ se objev? interferen?n? obrazec ve form? pruh? rovnob??n?ch se ?t?rbinou.

Sv?teln? interference v tenk?ch vrstv?ch:

P?i osv?tlov?n? tenk?ho filmu lze pozorovat interferenci sv?teln?ch vln odra?en?ch od horn?ho a spodn?ho povrchu film?. U b?l?ho sv?tla, kter? je sm?s? elektromagnetick?ch vln z cel?ho optick?ho spektra, z?sk?vaj? interferen?n? prou?ky barvu.

Jedna vlna (ta, kter? vstupuje do filmu) za druhou zaost?v?. Mezi vlnami se tvo?? dr?hov? rozd?l. Pokud je tento dr?hov? rozd?l prom?nn? v prostoru, pak jsou vytvo?eny podm?nky pro pozorov?n? prou?k? interference. Interference v tenk?ch vrstv?ch lze pozorovat dv?ma zp?soby. Jedna metoda je zalo?ena na skute?nosti, ?e f?lie m? na r?zn?ch m?stech r?znou tlou??ku, druh? - na skute?nosti, ?e sv?tlo m??e dopadat na f?lii pod r?zn?mi ?hly. Prvn? metoda d?v? takzvan? p?sy stejn? tlou??ky, druh? - p?sy stejn?ho sklonu.

3. Interferen?n? aplikace: interferometry, povlakov?n? optiky.

Jev interference je zp?soben vlnovou povahou sv?tla; jeho kvantitativn? z?konitosti z?vis? na vlnov? d?lce. Proto se tento jev vyu??v? k potvrzen? vlnov? povahy sv?tla a k m??en? vlnov?ch d?lek (interferen?n? spektroskopie).

Interferometr- m??ic? za??zen?, jeho? princip ?innosti je zalo?en na jevu ru?en?. Princip ?innosti interferometru je n?sleduj?c?: paprsek elektromagnetick?ho z??en? (sv?tlo, r?diov? vlny atd.) je pomoc? p??stroje prostorov? rozd?len na dva nebo v?ce koherentn?ch paprsk?. Ka?d? z paprsk? proch?z? r?zn?mi optick?mi cestami a vrac? se na st?n?tko, ??m? vytv??? interferen?n? obrazec, ze kter?ho lze ur?it f?zov? posun paprsk?.

Interferometry se pou??vaj? jak pro p?esn? m??en? d?lek, zejm?na v obr?b?c?ch stroj?ch a stroj?renstv?, tak pro hodnocen? kvality optick?ch povrch? a testov?n? optick?ch syst?m? obecn?.

Osv?ta optiky- jedn? se o nan??en? tenk?ho filmu nebo n?kolika film? na sebe na povrch ?o?ek p?ilehl?ho vzduchu. To je nezbytn? pro zv??en? propustnosti sv?tla optick?ho syst?mu. Index lomu takov?ch film? je ni??? ne? index lomu ?o?ek. Antireflexn? f?lie sni?uj? rozptyl sv?tla a odraz dopadaj?c?ho sv?tla od povrchu optick?ho prvku, ??m? zlep?uj? prostup sv?tla a kontrast syst?mu.

optick? obraz.

4. Pojem difrakce sv?tla. Huygens-Fresnel?v princip. Metoda Fresnelovy z?ny. P??m? ???en? sv?tla.

Difrakce sv?tla nazval jev odchylky sv?tla od p??mo?ar?ho sm?ru ???en? p?i pr?chodu bl?zko p?ek??ek. Pokud se na dr?ze paraleln?ho sv?teln?ho paprsku nach?z? kulat? p?ek??ka (kulat? kotou?, koule nebo kulat? otvor v nepr?hledn?m st?n?tku), objev? se na st?n?tku difrak?n? obrazec um?st?n? v dostate?n? velk? vzd?lenosti od p?ek??ky - a syst?m st??d?n? sv?tl?ch a tmav?ch prstenc?. Pokud je p?ek??ka line?rn? (?t?rbina, z?vit, okraj obrazovky), objev? se na obrazovce syst?m paraleln?ch difrak?n?ch prou?k?.

P Huygens-Fresnel?v princip umo??uje vysv?tlit mechanismus ???en? vln. Princip m? dv? ??sti:

prvn? d?l se naz?v? Huygens?v princip (1678). Jeho podstata spo??v? v tom, ?e ka?d? bod povrchu dosa?en? sv?telnou vlnou je sekund?rn?m zdrojem sv?teln?ch vln. Bod obklopuj?c? sekund?rn? vlny se v dal??m ?asov?m okam?iku st?v? vlnoplochou.

Druh? ??st princip se naz?v? Fresnel?v princip (s??t?n?) (1815). Zn? to takto: ka?d? prvek ?ela vlny lze pova?ovat za st?ed sekund?rn? poruchy, kter? generuje sekund?rn? kulov? vlny, a v?sledn? sv?teln? pole v ka?d?m bod? prostoru bude ur?eno interferenc? t?chto vln.

Matematicky m? Huygens-Fresnel?v princip zd?vodn?n? ve form? Kirchhoffova integr?ln?ho teor?mu.

Metoda Fresnelovy z?ny: Fresnel navrhl metodu rozd?len? ?ela vlny na prstencov? z?ny, kter? se pozd?ji stala zn?mou jako metoda Fresnelovy z?ny.

Nech? se monochromatick? kulov? vlna ???? ze zdroje sv?tla S, P je pozorovac? bod. Bodem O proch?z? kulov? vlnoplocha. Je symetrick? vzhledem k p??mce SP.

R Rozbijme tento povrch na prstencov? z?ny I, II, III atd. aby se vzd?lenosti od okraj? z?ny k bodu P li?ily o polovinu vlnov? d?lky sv?teln? vlny. Toto rozd?len? navrhl O. Fresnel a z?ny se naz?vaj? Fresnelovy z?ny.

Vezm?te libovoln? bod 1 v prvn? Fresnelov? z?n?. V z?n? II je na z?klad? pravidla pro konstrukci z?n tomu odpov?daj?c? takov? bod, ?e rozd?l mezi dr?hami paprsk? jdouc?ch do bodu P z bod? 1 a 2 bude roven l/2. V d?sledku toho se oscilace z bod? 1 a 2 v bod? P vz?jemn? ru??.

Z geometrick?ch ?vah vypl?v?, ?e pro nep??li? velk? po?ty z?n jsou jejich plochy p?ibli?n? stejn?. To znamen?, ?e pro ka?d? bod prvn? z?ny existuje bod, kter? mu odpov?d? ve druh?, jeho? kmity se navz?jem ru??. Amplituda v?sledn?ho kmitu p?ich?zej?c?ho do bodu P ze z?ny s ??slem m se s rostouc?m m zmen?uje, tzn.

P?i s??t?n? t?chto vibrac? by se m?ly vz?jemn? oslabovat:

Z?kon p??mo?ar?ho ???en? sv?tla - V pr?hledn?m homogenn?m m?diu se sv?tlo ???? v p??m?ch lini?ch.

5. Fraunhoferova difrakce na difrak?n? m???ce.

Naz?v?me typ difrakce, p?i kter? je difrak?n? obrazec tvo?en rovnob??n?mi paprsky Fraunhoferova difrakce.

jednorozm?rn? difrak?n? m???ka je syst?m velk?ho po?tu N ?t?rbin stejn? ???ky a vz?jemn? rovnob??n?ch v obrazovce, tak? odd?len?ch nepr?hledn?mi mezerami stejn? ???ky

Difrak?n? obrazec na m???ce je definov?n jako v?sledek vz?jemn? interference vln vych?zej?c?ch ze v?ech ?t?rbin, tzn. v difrak?n? m???ce doch?z? k v?cepaprskov? interferenci koherentn?ch difraktovan?ch sv?teln?ch paprsk? p?ich?zej?c?ch ze v?ech ?t?rbin.

R??e. 9.6 Obr. 9.7

Paprsek 1 nechejte dopadat na ?o?ku pod ?hlem f (difrak?n? ?hel). Sv?teln? vlna pohybuj?c? se v tomto ?hlu ze ?t?rbiny vytv??? v bod? maxim?ln? intenzitu. Druh? paprsek vych?zej?c? ze sousedn? ?t?rbiny pod stejn?m ?hlem f p?ijde do stejn?ho bodu. Oba tyto paprsky p?ijdou ve f?zi a budou se navz?jem posilovat, pokud je rozd?l optick?ch drah roven ml:

Maxim?ln? podm?nka pro difrak?n? m???ku bude m?t tvar: ,

kde m = ± 1, ± 2, ± 3, … .

Maxima odpov?daj?c? t?to podm?nce se naz?vaj? hlavn? maxima. Hodnota m odpov?daj?c? jednomu ?i druh?mu maximu se naz?v? ??d difrak?n?ho maxima.

V bod? F0 bude v?dy nulov? nebo centr?ln? difrak?n? maximum.

Proto?e sv?tlo dopadaj?c? na st?n?tko proch?z? pouze ?t?rbinami v difrak?n? m???ce, minim?ln? podm?nkou pro ?t?rbinu bude podm?nka hlavn?ho difrak?n?ho minima m???ky:

Samoz?ejm? p?i velk?m po?tu ?t?rbin bude v bodech st?n?tka odpov?daj?c?ch hlavn?m difrak?n?m minim z n?kter?ch ?t?rbin dopadat sv?tlo a vzniknou zde bo?n? difrak?n? maxima a minima (obr. 9.7). Jejich intenzita je v?ak ve srovn?n? s hlavn?mi maximy n?zk? (? 1/22).

Za podm?nky , vlny vys?lan? ka?dou ?t?rbinou budou zru?eny interferenc? a objev? se dal?? minima.

Po?et ?t?rbin ur?uje sv?teln? tok m???kou. ??m v?ce jich je, t?m v?ce energie j?m vlna p?enese. Nav?c, ??m v?t?? je po?et slot?, t?m v?ce dal??ch minim se vejde mezi sousedn? maxima. Proto budou v??ky u??? a intenzivn?j??:

Interference sv?teln?ch vln

Vlnov? vlastnosti sv?tla se nejz?eteln?ji projevuj? v ru?en? a difrakce. Tyto jevy jsou charakteristick? pro vlny jak?koli povahy a lze je pom?rn? snadno experiment?ln? pozorovat pro vlny na hladin? vody nebo pro zvukov? vlny. Interferenci a difrakci sv?teln?ch vln lze pozorovat pouze za ur?it?ch podm?nek. Sv?tlo vyza?ovan? konven?n?mi (nelaserov?mi) zdroji nen? striktn? monochromatick?. Proto, aby bylo mo?n? pozorovat interferenci, mus? b?t sv?tlo z jednoho zdroje rozd?leno do dvou paprsk? a pot? na sebe superponov?no.

Interferen?n? mikroskop.

Existuj?c? experiment?ln? metody pro z?sk?n? koherentn?ch paprsk? z jedin?ho sv?teln?ho paprsku lze rozd?lit na dv? t??dy.

V metoda d?len? vlnoplochy paprsek proch?z? nap??klad dv?ma t?sn? um?st?n?mi otvory v nepr?hledn? clon? (Young?v experiment). Tato metoda je vhodn? pouze pro dostate?n? mal? velikosti zdroj?.

V jin?m zp?sobu je paprsek rozd?len na jeden nebo v?ce ??ste?n? odraziv?ch, ??ste?n? propustn?ch povrch?. Tato metoda amplitudov? d?len? lze pou??t s roz???en?mi zdroji. Poskytuje velkou intenzitu a je z?kladem ?innosti r?zn?ch interferometr?. Podle po?tu ru?iv?ch paprsk? se rozli?uj? dvoupaprskov? a v?cepaprskov? interferometry. Maj? d?le?it? praktick? aplikace ve stroj?renstv?, metrologii a spektroskopii.

Nech? dv? vlny stejn? frekvence, superponovan? na sebe, vybud? oscilace stejn?ho sm?ru v ur?it?m bod? prostoru:

kde pod X pochopit intenzitu el E a magnetick? H vlnov? pole, kter? se ??d? principem superpozice (viz bod 6).

Amplitudu v?sledn? vibrace p?i se?ten? vibrac? sm??uj?c?ch pod?l jedn? p??mky zjist?me podle vzorce (2.2.2):

Je-li f?zov? rozd?l kmit?,vzru?en? vlnami v ur?it?m bod? prostoru,z?st?v? konstantn? v ?ase, pak se takov? vlny naz?vaj? koherentn?.

Kdy? nesouvisl? vln se f?zov? rozd?l plynule m?n? a nab?v? jak?koli hodnoty se stejnou pravd?podobnost?, v d?sledku ?eho? je pr?m?rn? ?asov? hodnota nulov? (m?n? se od –1 do +1). Proto.

Intenzita sv?tla je ?m?rn? druh? mocnin? amplitudy: . Z toho lze usuzovat, ?e u nekoherentn?ch zdroj? je intenzita v?sledn? vlny v?ude stejn? a rovn? se sou?tu intenzit vytvo?en?ch ka?dou z vln zvl???:

Posledn? term?n v tomto v?razu se naz?v? interferen?n? term?n .

V bodech v prostoru, kde, (na maximum), kde, intenzita (na minimum). V d?sledku toho, kdy? jsou dv? (nebo n?kolik) koherentn?ch sv?teln?ch vln superponov?ny, doch?z? k prostorov? redistribuci sv?teln?ho toku, v d?sledku ?eho? se na n?kter?ch m?stech objevuj? maxima a na jin?ch minima intenzity. Tento jev se naz?v? ru?en? sv?tla .

Stabiln? interferen?n? obrazec se z?sk? pouze p?id?n?m koherentn?ch vln. Nesoudr?nost p??rodn?ch zdroj? sv?tla je zp?sobena skute?nost?, ?e z??en? t?la se skl?d? z vln emitovan?ch mnoha atomy. . F?ze ka?d?ho vlnov? vlak vz?jemn? nesouvisej?c? . Atomy vyza?uj? n?hodn?.

Periodick? sled hrbol? a prohlubn? vln,vznikl? p?i aktu z??en? jednoho atomu,volala vlak vln nebo vlnov? vlak.

Proces z??en? jednoho atomu trv? asi s. V tomto p??pad? d?lka vlaku.

Do jednoho vlaku se vejde p?ibli?n? vlnov?ch d?lek.

Ve stejn? dob? byl Newton tak? pozorn? k vlnov? teorii sv?tla, kterou vyj?d?il holandsk? v?dec H. Huygens (1690). Huygens navrhl, ?e prostor je vypln?n ur?itou l?tkou – ?terem, a na z?klad? ?teru vybudoval vlnovou teorii sv?tla. Dokonale vysv?tlila mnoho r?zn?ch optick?ch jev? a dokonce p?edpov?d?la ty, kter? byly pozd?ji objeveny – jedn?m slovem se uk?zala jako dobr? hypot?za. S jedinou v?jimkou: ?teru bylo t?eba dodat tak protich?dn? vlastnosti, ?e mysl odm?tala uv??it. Na jedn? stran? dokonal? netelesnost (aby nep?ek??ela v pohybu planet) a na druh? elasticita, tis?ckr?t v?t?? ne? pru?nost nejlep?? oceli (jinak se sv?tlo nebude ???it pot?ebnou rychlost? ). Kunafin M.S. Koncepty modern?ch p??rodn?ch v?d: U?ebnice. Nakladatelstv?. - Ufa, 2003. - str. 149

S vyu?it?m my?lenky elastick?ho sv?t?lkuj?c?ho ?teru Huygens uva?oval, ?e se v n?m ne???? vlny, ale ur?it? impulsy. P?esto zavedl vlnov? princip, kter? dnes nese jeho jm?no a je obsa?en v modern?ch u?ebnic?ch. Nedostate?n? pochopen? t?to povahy, jak zn?mo, neumo?nilo Huygensovi vysv?tlit jeho vlastn? experimenty na dvoj?m lomu, p?i kter?m paprsek sv?tla proch?zel postupn? dv?ma krystaly. Huygens pozoroval, jak se oby?ejn? a mimo??dn? paprsky vych?zej?c? z prvn?ho krystalu chovaly v druh?m krystalu odli?n? v z?vislosti na vz?jemn? orientaci krystal?. V n?kter?ch p??padech se ka?d? z paprsk? op?t "rozd?l?" na dva paprsky. V ostatn?ch p??padech k nov?mu „roz?t?pen?“ paprsk? nedo?lo; v tomto p??pad? oby?ejn? paprsek, kter? vy?el z prvn?ho krystalu, bu? z?stal oby?ejn?m paprskem ve druh?m krystalu, nebo se (s jinou orientac? krystal?) choval jako mimo??dn? paprsek. Mimo??dn? paprsek, kter? vy?el z prvn?ho krystalu, se choval podobn?. Huygens nemohl vysv?tlit z?skan? v?sledky, proto?e nev?d?l (a ani se neodv??il p?edpokl?dat), ?e sv?teln? vlny jsou p???n?. Jeho experimenty sta?ily k objevu polarizace sv?tla. Dost, ale za p?edpokladu hlub??ho pochopen? podstaty sv?tla. K takov?mu pochopen? nedo?lo, a proto k objevu polarizace nedo?lo (polarizace byla objevena a? o v?ce ne? sto let pozd?ji). Tarasov L.V. ?vod do kvantov? optiky. - M.: Vy??? ?kola, 1987. -s. deset

Z?jem o optickou problematiku na po??tku 19. stolet?. byl diktov?n rozvojem doktr?ny elekt?iny, chemie a parn?ho in?en?rstv?. Zd?lo se velmi pravd?podobn?, ?e povaha tepla, sv?tla a elekt?iny m? n?co spole?n?ho. Objev a studium fotochemick?ch reakc?, chemick?ch reakc? s uvol?ov?n?m tepla a sv?tla, tepeln?ch a chemick?ch ??ink? elekt?iny – to v?e n?s p?im?lo k my?lence, ?e studium sv?tla by bylo u?ite?n? pro ?e?en? d?le?it?ch v?deck?ch i praktick?ch probl?m?.

V XVIII stolet?. naprost? v?t?ina v?dc? se dr?ela korpuskul?rn? teorie sv?tla, kter? dob?e vysv?tlovala mnoh?, ale ne v?echny optick? jevy. Na po??tku XIX stolet?. Probl?my interference, difrakce a polarizace sv?tla spadaj? do zorn?ho pole fyzik?, kter? neuspokojiv? vysv?tlila korpuskul?rn? teorie. To vede k o?iven? zd?nliv? zapomenut?ch my?lenek vlnov? optiky. V optice prob?h? skute?n? v?deck? revoluce, kter? kon?? v?t?zstv?m vlnov? teorie sv?tla nad korpuskul?rn?.

Prvn?, kdo obhajoval vlnovou teorii sv?tla, byl v roce 1799 anglick? l?ka? T. Jung, v?estrann? vzd?lan? ?lov?k, kter? d?lal v?zkumy v oblasti matematiky, fyziky, mechaniky, botaniky atd., kter? m?l rozs?hl? znalosti z literatury, historie, a ud?lal hodn? pro rozlu?t?n? egyptsk?ch hieroglyf?. Jung kritizoval korpuskul?rn? teorii sv?tla a poukazoval na jevy, kter? nelze vysv?tlit z jej?ch pozic, zejm?na na stejn? rychlosti sv?teln?ch ??stic vyza?ovan?ch slab?mi a siln?mi zdroji, jako? i na skute?nost, ?e p?i p?echodu z jednoho m?dia do druh?ho doch?z? ??st paprsk? se neust?le odr??? a druh? se neust?le l?me. Jung navrhl pova?ovat sv?tlo za oscila?n? pohyb ??stic ?teru: "... Sv?teln? ?ter, vysoce ??dk? a pru?n?, napl?uje vesm?r... Vibra?n? pohyby jsou v tomto ?teru vybuzeny poka?d?, kdy? t?lo za?ne z??it." Vlnovou povahu sv?tla dolo?il p?edev??m fenom?nem interference sv?tla.

Experiment demonstruj?c? fenom?n interference sv?tla je n?sleduj?c?. Dva mal? otvory jsou prora?eny v clon? v t?sn? vzd?lenosti od sebe a osv?tleny slune?n?m sv?tlem proch?zej?c?m otvorem v okn?. Za touto clonou je um?st?na druh? clona, na kterou dopadaj? dva sv?teln? ku?ely vytvo?en? za prvn? clonou. Tam, kde se tyto ku?ely p?ekr?vaj?, jsou na druh? obrazovce viditeln? sv?tl? a tmav? pruhy. Spojen?m sv?tla se sv?tlem vznik? temnota! Jung spr?vn? navrhl, ?e tmav? pruhy se tvo?? tam, kde se h?ebeny sv?teln?ch vln vz?jemn? pohlcuj?. Pokud je jeden otvor uzav?en, prou?ky zmiz? a na obrazovce jsou viditeln? pouze difrak?n? krou?ky. Zm??en?m vzd?lenosti mezi prstenci Jung ur?il vlnov? d?lky ?erven?, fialov? a n?kter?ch dal??ch barev. Uva?oval tak? o n?kter?ch p??padech ohybu sv?tla. Vznik difrak?n?ch prou?k? vysv?tlil interferenc? dvou vln: jedn? p?en??en? p??mo a druh? odra?en? od okraje p?ek??ky. Krom? toho u?inil d?le?itou domn?nku, ?e fenom?n polarizace sv?tla je mo?n? pouze tehdy, je-li sv?teln? vlna p???n? a nikoli pod?ln?.

Youngovy pr?ce sice sv?d?ily ve prosp?ch vlnov? teorie sv?tla, nicm?n? nevedly k odm?tnut? korpuskul?rn? teorie, kter? nad?le dominovala optice.

V roce 1815 se francouzsk? v?dec O. Fresnel vyslovil proti korpuskul?rn? teorii. Po absolvov?n? Ecole Polytechnique v Pa???i pracoval v provinci?ch jako in?en?r pro pokl?d?n? a opravy silnic a ve voln?m ?ase se v?noval v?deck?mu v?zkumu. Za?al se zaj?mat o ot?zky optiky a nez?visle do?el k z?v?ru, ?e neplat? korpuskul?rn?, ale vlnov? teorie sv?tla. V roce 1818 Fresnel spojil z?skan? v?sledky a prezentoval je v ?l?nku o difrakci sv?tla, kter? byl p?edlo?en do sout??e vyhl??en? Francouzskou akademi? v?d.

Fresnelov?m d?lem se zab?vala zvl??tn? komise ve slo?en? J.B. Biot, D.F. Arago, P.S. Laplace, J.L. Gay-Lussac a S.D. Poisson - zast?nci korpuskul?rn? teorie. Ale v?sledky Fresnelovy pr?ce byly tak v souladu s experimentem, ?e bylo prost? nemo?n? ho odm?tnout. Poisson si v?iml, ?e z Fresnelovy teorie lze vyvodit d?sledek, kter? odporuje zdrav?mu rozumu: jako by z kulat?ho pl?tna m?l b?t pozorov?n sv?tl? bod uprost?ed st?nu. Tuto „nesrovnalost“ potvrdila zku?enost: n?mitka se zm?nila ve sv?j opak. Komise nakonec uznala spr?vnost v?sledk? Fresnelovy vlnov? teorie a ud?lila mu cenu. Fresnelova teorie se v?ak je?t? nestala obecn? uzn?vanou a v?t?ina fyzik? se nad?le dr?ela star?ch n?zor?. sv?teln? vlna korpuskul?rn? prkno

Posledn? strunou v boji mezi korpuskul?rn? a vlnovou teori? sv?tla byly v?sledky m??en? rychlosti sv?tla ve vod?. Podle korpuskul?rn? teorie by rychlost sv?tla v opticky hust??m prost?ed? m?la b?t v?t?? ne? v opticky m?n? hust?m a podle vlnov? teorie je tomu naopak. V roce 1850 francouz?t? fyzikov? J.B.L. Foucault a A.I.L. Fizeau p?i m??en? rychlosti sv?tla rotuj?c?m zrcadlem uk?zal, ?e rychlost sv?tla ve vod? je men?? ne? ve vzduchu, a tak kone?n? potvrdil vlnovou teorii sv?tla. Do poloviny XIX stolet?. p??vr?enc? korpuskul?rn? teorie sv?tla je ji? m?lo. Naidysh V.M. Pojmy modern?ch p??rodn?ch v?d: U?ebnice. -- Ed. 2., revidovan?. a dopl?kov? - M.: Alfa-M; INFRA-M, 2004. - str.228